CN115086450B - 一种可编程数据平面装置、流表更新方法及交换机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可编程数据平面架构、流表更新方法及交换机，所述方法当接收的数据包满足触发条件时，第一匹配操作单元基于所述数据包生成packet‑in消息，并将所述packet‑in消息通过直传通道直传至可编程逆解析器，经可编程逆解析器逆解析处理后通过上传通道上传至控制平面；当接收到控制平面下发的Packet‑out消息后，第一匹配操作单元和第二匹配操作单元基于Packet‑out消息更新流表项。
Description
技术领域
本发明涉及数据平面可编程领域，具体的说，涉及了一种可编程数据平面装置、流表更新方法及交换机。
背景技术
如图1所示，为了提高报文在数据平面内的处理速度，我们通常采用流水线的形式处理数据流，每个块单独的处理数据包。在实验中我们发现这些问题，对于一些自定义工控网络协议，有些流表项的改变依赖于上一个数据包对控制平面发送的Packet-in以及控制平面做出处理发送的Packet-out。
在常用的网络协议中，这种个别数据包的错误处理统计在网路状况不可控的正常损耗中，但是对于工控网络以及例如物联网、车联网的生产环境下，需要提出一种新的框架解决这种问题。
为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供了一种可编程数据平面装置、流表更新方法及交换机。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种可编程数据平面装置，包括流水线设置的可编程解析器、第一匹配操作单元、缓存队列、第二匹配操作单元以及可编程逆解析器，所述第一匹配操作单元上设置有数据直传接口，所述数据直传接口与控制平面连接，形成直传通道；
所述第一匹配操作单元用于基于所述数据包生成packet-in消息，并将所述packet-in消息通过直传通道直传至可编程逆解析器，经可编程逆解析器逆解析处理后通过上传通道上传至控制平面；以及根据控制平面下发的更新指令更新内置匹配动作流表；
所述第二匹配操作单元根据控制平面下发的更新指令更新内置匹配动作流表。
基于上述，在判定接收的数据包满足触发条件以及基于所述数据包生成packet-in消息之间，第一匹配操作单元还执行以下步骤：
获取数据包的流标签，基于所述流标签在预设流标签列表中查找，若未找到相同流标签，则基于所述数据包生成packet-in消息，并将所述流标签添加至流标签列表中；将所述数据包通过第一匹配操作单元的数据直传接口直传至可编程逆解析器，经可编程逆解析器逆解析处理后通过再循环通道返回给可编程解析器。
基于上述，当未找到相同流标签时，第一匹配操作单元传送共享指令给所述可编程解析器，以供所述可编程解析器基于接收的共享指令更新预置的共享Header列表，所述共享指令包括所述流标签和所述数据包的Header实例；
当所述可编程解析器接收到新数据包后，获取新数据包的流标签，基于新数据包的流标签在共享Header列表中查找，若查找到相同流标签，则直接用所述流标签对应的Header实例作为所述新数据包的Header实例，否则对所述新数据包进行Header解析，获取所述新数据包的Header实例。
基于上述，在将所述数据包发送至第一匹配操作单元之前，基于预匹配动作流表对数据包执行lookahead匹配操作，若匹配成功，则执行匹配项对应的动作，若匹配失败，则将所述数据包发送至第一匹配操作单元，以执行流水线流程并最终走再循环端口返回至所述可编程解析器；
其中在网络设备启动时预先配置1个预处理流表，预处理流表的每个流表项对应一种类型的数据流，不同类型数据流执行lookahead匹配操作时， lookahead的大小和位置不同。
本发明第二方面提供一种可编程数据平面流表更新方法，包括以下步骤：
当接收的数据包满足触发条件时，第一匹配操作单元基于所述数据包生成packet-in消息，并将所述packet-in消息通过直传通道直传至可编程逆解析器，经可编程逆解析器逆解析处理后通过上传通道上传至控制平面；
当接收到控制平面下发的Packet-out消息后，第一匹配操作单元和第二匹配操作单元基于Packet-out消息更新流表项。
本发明第三方面提供一种可编程交换机，包括控制平面和数据平面，所述数据平面为前述的可编程数据平面装置。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明第一匹配操作单元在数据包满足触发条件时，基于所述数据包生成packet-in消息，并将所述packet-in消息通过直传通道直传至可编程逆解析器，经可编程逆解析器逆解析处理后通过上传通道上传至控制平面，而无需采用传统的流水线流程对数据包进行解析，因此可以及时更新所述第一匹配操作单元和所述第二匹配操作单元内的流表项，更适合于工控网络以及例如物联网、车联网的生产环境数据包量大且复杂的情况；
本发明在所述可编程解析器内设置了共享Header处理框架，从而使得具有相同Header的数据包可以被快速的传输至所述第一匹配操作单元进行匹配操作，而无需重复进行Header解析步骤。
附图说明
图1是现有的流程示意图。
图2是本发明实施例1的第一种结构示意图。
图3是本发明实施例1的第二种结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
基础知识
Packet-in消息和Packet-out消息是openflow交换机中的两种消息，其中，Packet-in消息的触发条件有以下两种：
（1）不存在与流表项一致的项目；
（2）匹配的流表项中的行动为“发往控制平面”。
Packet-in消息格式如表1所示：
Packet-out消息的功能是：将控制器的相关数据发送到OpenFlow交换机，是包含数据包发送命令的消息。
Packet-out消息格式如表2所示：
表2
实施例1
如图2所示，本实施例提供一种可编程数据平面装置，包括流水线设置的可编程解析器、第一匹配操作单元、缓存队列、第二匹配操作单元以及可编程逆解析器，所述第一匹配操作单元上设置有数据直传接口，所述数据直传接口与控制平面连接，形成直传通道；
所述第一匹配操作单元用于基于所述数据包生成packet-in消息，并将所述packet-in消息通过直传通道直传至可编程逆解析器，经可编程逆解析器逆解析处理后通过上传通道上传至控制平面；以及根据控制平面下发的更新指令更新内置匹配动作流表；
所述第二匹配操作单元根据控制平面下发的更新指令更新内置匹配动作流表。
可以理解，在判定接收的数据包满足触发条件以及基于所述数据包生成packet-in消息之间，第一匹配操作单元还执行以下步骤：
获取数据包的流标签，基于所述流标签在预设流标签列表中查找，若未找到相同流标签，则基于所述数据包生成packet-in消息，并将所述流标签添加至流标签列表中；将所述数据包通过第一匹配操作单元的数据直传接口直传至可编程逆解析器，经可编程逆解析器逆解析处理后通过再循环通道返回给可编程解析器。
上述步骤，可以使得未找到匹配项流表的数据包通过直传接口以及可编程逆解析器进入再循环通道，经再循环通道重新发送至可编程解析器，开始新的流程，加快未找到匹配项流表的数据包的处理速度。
可以理解，当未找到相同流标签时，第一匹配操作单元传送共享指令给所述可编程解析器，以供所述可编程解析器基于接收的共享指令更新预置的共享Header列表，所述共享指令包括所述流标签和所述数据包的Header实例；
当所述可编程解析器接收到新数据包后，获取新数据包的流标签，基于新数据包的流标签在共享Header列表中查找，若查找到相同流标签，则直接用所述流标签对应的Header实例作为所述新数据包的Header实例，否则对所述新数据包进行Header解析，获取所述新数据包的Header实例。
本发明通过设置共享Header处理框架，使得具有相同Header的数据包可以被快速的传输至所述第一匹配操作单元进行匹配操作，而无需重复进行Header解析步骤。
对于一些协议报文需要做lookahead的解析，如果走图2的框架，在解析后还需要正常进行流水线，从recirculation端口返回入端口进行解析。这就增加了无谓的损耗，为此，如图3所示，在将所述数据包发送至第一匹配操作单元之前，基于预匹配动作流表对数据包执行lookahead匹配操作，若匹配成功，则执行匹配项对应的动作，若匹配失败，则将所述数据包发送至第一匹配操作单元，以执行流水线流程并最终走再循环端口返回至所述可编程解析器；
其中在网络设备启动时预先配置1个预处理流表，预处理流表的每个流表项对应一种类型的数据流，不同类型数据流执行lookahead匹配操作时， lookahead的大小和位置不同。
实施例2
本实施例提供一种可编程数据平面流表更新方法，如图2所示，包括以下步骤：
当接收的数据包满足触发条件时，第一匹配操作单元基于所述数据包生成packet-in消息，并将所述packet-in消息通过直传通道直传至可编程逆解析器，经可编程逆解析器逆解析处理后通过上传通道上传至控制平面；
当接收到控制平面下发的Packet-out消息后，第一匹配操作单元和第二匹配操作单元基于Packet-out消息更新流表项。
基于上述，在判定接收的数据包满足触发条件以及基于所述数据包生成packet-in消息之间，第一匹配操作单元还执行以下步骤：
获取数据包的流标签，基于所述流标签在预设流标签列表中查找，若未找到相同流标签，则基于所述数据包生成packet-in消息，并将所述流标签添加至流标签列表中；将所述数据包通过第一匹配操作单元的数据直传接口直传至可编程逆解析器，经可编程逆解析器逆解析处理后通过再循环通道返回给可编程解析器。
基于上述，当未找到相同流标签时，第一匹配操作单元传送共享指令给所述可编程解析器，以供所述可编程解析器基于接收的共享指令更新预置的共享Header列表，所述共享指令包括所述流标签和所述数据包的Header实例；
当所述可编程解析器接收到新数据包后，获取新数据包的流标签，基于新数据包的流标签在共享Header列表中查找，若查找到相同流标签，则直接用所述流标签对应的Header实例作为所述新数据包的Header实例，否则对所述新数据包进行Header解析，获取所述新数据包的Header实例。
如图3所示，在将所述数据包发送至第一匹配操作单元之前，基于预匹配动作流表对数据包执行lookahead匹配操作，若匹配成功，则执行匹配项对应的动作，若匹配失败，则将所述数据包发送至第一匹配操作单元，以执行流水线流程并最终走再循环端口返回至所述可编程解析器；
其中在网络设备启动时预先配置1个预处理流表，预处理流表的每个流表项对应一种类型的数据流，不同类型数据流执行lookahead匹配操作时， lookahead的大小和位置不同。
所述可编程解析器、所述第一匹配操作单元、所述缓存队列、所述第二匹配操作单元以及所述可编程逆解析器位于不同的CPU上。
实施例3
本实施例提供一种可编程交换机，包括控制平面和数据平面，所述数据平面为实施例1所述的可编程数据平面装置。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (8)
1.一种可编程数据平面装置，包括流水线设置的可编程解析器、第一匹配操作单元、缓存队列、第二匹配操作单元以及可编程逆解析器，其特征在于：
所述第一匹配操作单元上设置有数据直传接口，所述数据直传接口与控制平面连接，形成直传通道；
所述第一匹配操作单元用于在判断接收的数据包满足触发条件时基于所述数据包生成packet-in消息，并将所述packet-in消息通过直传通道直传至可编程逆解析器，经可编程逆解析器逆解析处理后通过上传通道上传至控制平面；以及根据控制平面下发的更新指令更新内置匹配动作流表；
所述第二匹配操作单元根据控制平面下发的更新指令更新内置匹配动作流表；
其中，在判定接收的数据包满足触发条件以及基于所述数据包生成packet-in消息之间，第一匹配操作单元还执行以下步骤：
获取数据包的流标签，基于所述流标签在预设流标签列表中查找，若未找到相同流标签，则基于所述数据包生成packet-in消息，并将所述流标签添加至流标签列表中；将所述数据包通过第一匹配操作单元的数据直传接口直传至可编程逆解析器，经可编程逆解析器逆解析处理后通过再循环通道返回给可编程解析器。
2.根据权利要求1所述的可编程数据平面装置，其特征在于：当未找到相同流标签时，第一匹配操作单元传送共享指令给所述可编程解析器，以供所述可编程解析器基于接收的共享指令更新预置的共享Header列表，所述共享指令包括所述流标签和所述数据包的Header实例；
当所述可编程解析器接收到新数据包后，获取新数据包的流标签，基于新数据包的流标签在共享Header列表中查找，若查找到相同流标签，则直接用所述流标签对应的Header实例作为所述新数据包的Header实例，否则对所述新数据包进行Header解析，获取所述新数据包的Header实例。
3.根据权利要求1-2任一项所述的可编程数据平面装置，其特征在于：在将所述数据包发送至第一匹配操作单元之前，基于预匹配动作流表对数据包执行lookahead匹配操作，若匹配成功，则执行匹配项对应的动作，若匹配失败，则将所述数据包发送至第一匹配操作单元，以执行流水线流程并最终走再循环端口返回至所述可编程解析器；
其中在网络设备启动时预先配置1个预处理流表，预处理流表的每个流表项对应一种类型的数据流，不同类型数据流执行lookahead匹配操作时， lookahead的大小和位置不同。
4.根据权利要求3所述的可编程数据平面装置，其特征在于：所述可编程解析器、所述第一匹配操作单元、所述缓存队列、所述第二匹配操作单元以及所述可编程逆解析器位于不同的CPU上。
5.一种可编程数据平面流表更新方法，其特征在于，包括以下步骤：
当接收的数据包满足触发条件时，第一匹配操作单元基于所述数据包生成packet-in消息，并将所述packet-in消息通过直传通道直传至可编程逆解析器，经可编程逆解析器逆解析处理后通过上传通道上传至控制平面；
当接收到控制平面下发的Packet-out消息后，第一匹配操作单元和第二匹配操作单元基于Packet-out消息更新流表项；
在判定接收的数据包满足触发条件以及基于所述数据包生成packet-in消息之间，第一匹配操作单元还执行以下步骤：
获取数据包的流标签，基于所述流标签在预设流标签列表中查找，若未找到相同流标签，则基于所述数据包生成packet-in消息，并将所述流标签添加至流标签列表中；将所述数据包通过第一匹配操作单元的数据直传接口直传至可编程逆解析器，经可编程逆解析器逆解析处理后通过再循环通道返回给可编程解析器。
6.根据权利要求5所述的一种可编程数据平面流表更新方法，其特征在于：当未找到相同流标签时，第一匹配操作单元传送共享指令给所述可编程解析器，以供所述可编程解析器基于接收的共享指令更新预置的共享Header列表，所述共享指令包括所述流标签和所述数据包的Header实例；
当所述可编程解析器接收到新数据包后，获取新数据包的流标签，基于新数据包的流标签在共享Header列表中查找，若查找到相同流标签，则直接用所述流标签对应的Header实例作为所述新数据包的Header实例，否则对所述新数据包进行Header解析，获取所述新数据包的Header实例。
7.根据权利要求5-6任一项所述的一种可编程数据平面流表更新方法，其特征在于，在将所述数据包发送至第一匹配操作单元之前，基于预匹配动作流表对数据包执行lookahead匹配操作，若匹配成功，则执行匹配项对应的动作，若匹配失败，则将所述数据包发送至第一匹配操作单元，以执行流水线流程并最终走再循环端口返回至所述可编程解析器；
其中在网络设备启动时预先配置1个预处理流表，预处理流表的每个流表项对应一种类型的数据流，不同类型数据流执行lookahead匹配操作时， lookahead的大小和位置不同。
8.一种可编程交换机，包括控制平面和数据平面，其特征在于：所述数据平面为权利要求1-4任一项所述的可编程数据平面装置。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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